全视觉贴片机研制解析

全视觉贴片机研制解析Parse the Research and Manufacture of Full Visual Mounter广州市羊城科技实业有限公司宋福民张小丽马如震Guangzhou Yangcheng Science&Technology Enterprises co.,ltdSONG Fu-min ZHANG Xiao-li MA Ru-zhen摘要：本文以全视觉贴片机的研制为例，全面深层次揭示了中小企业在研制具有自主知识产权的电子装备产品中，应该如何正确选择研发策略和建立研发平台、研发管理机制等问题。

Abstract: This paper takes the R&D of the full visual Monuter as the example and explains deeply how to correctly choose strategies of R&D and establish platform、management system of R&D. Small and middle corporations should pay attention on this when they research and manufacture themselves electronic equipment.关键词：SMT；贴片机；全视觉；电子贴装；系统集成；模块化；研发策略；研发平台；研发管理Key word: SMT；Surface Pick and Place equipment；Mounter；Full vision ；Integrate system ；Modularize；Method of R&D ；Platform of R&D；Management of R&D 随着网络时代的到来和人们生活水准的不断提高，电子信息产业得到了飞速的发展，而高速发展的电子信息产业又引导着电子元器件以及电子装配技术的发展。

自从第一块片式电子元器件诞生以来，SMT技术得到了迅速的发展。

如今的片式元件越来越小型化和异型化，其规格从0402已发展到0201，0101也正在研究中，同时BGA、CSP、FC、MCM等封装形式的元器件也大量涌现并推广应用。

这些表面贴装元件（SMC）/表面贴装器件（SMD）必须依靠SMT贴片机才能把它们贴装在印刷电路板（PCB）上。

贴片机是SMT生产设备中最关键的设备之一，能够自动地将片状元器件快速、准确地贴放在印制电路板（PCB）上的指定位置，在电子贴装行业中占有举足轻重的地位。

作为SMT 设备的龙头，贴片机的发展历来备受设备厂家的重视。

在国外，经过几十年的发展，SMT贴片机技术发展已经十分成熟，从最初的机械定位到图像识别位置补偿，从爪式定心到飞行对中检测，贴片机的发展经历了质的飞跃。

长期以来，国外贴片机一统国内SMT市场，其中，2001年全国进口3千多台贴片机，金额近40亿人民币，2002年进口4千多台，金额接近50亿人民币。

多年来，为了促进国内电子信息产业的发展，国家也花了大力气研制贴片机，但由于技术以及体制等多方面的原因，一直没有国产全视觉贴片机问世。

2002年2月，广州市羊城科技实业有限公司研制的SMT2505全视觉多功能贴片机通过了广东省科技成果鉴定；同年9月，羊城公司贴片机项目被列为广东省重大攻关项目； 11月，SMT2505全视觉多功能贴片机正式走向市场，为广州市格宁电器有限公司成功组建了第一条国产商业贴片机生产线。

羊城科技公司从2000年开始立项研制贴片机，三年后就将贴片机推向了市场。

作为一个中型民营科技型企业，羊城公司是如何走出快速研发国产贴片机的成功之路呢？分析羊城公司在研发国产贴片机的成功之路中所持有的研发理念和采用的管理模式，也许能给正在从事高科技产品研发的中小型企业有所借鉴。

贴片机是典型的机电一体化产品，属于高速精密机械。

研制贴片机是SMT行业公认的难题，将难题变成易题是解决问题的出路。

老子曰：“天下大事作于细；天下难事作于易。

”这句话的意思是说：做成大事要从做好细节入手；难事是由许多易事组成，做好多个易事，难事自然解决。

一、准确的市场定位全球电子信息产业的飞速发展，促使各种SMC/SMD和PCB板一直处于不断小型化进程之中。

SMC的发展趋势是从0805-0603-0402-0201，越来越小型化；同时，SMD的尺寸也越来越小，引脚越来越多；IC集成化程度提高，更新的封装形式如BGA、CSP、COB、Filp- Chip 也大量出现。

图1为全球SMC用量的变迁过程，图2为IC封装的发展趋势。

图1 全球SMC用量的变迁图2 IC封装的发展趋势随着SMC/SMD的不断发展，国外SMT贴片机也随之发展，多种先进的、高效的贴片机不断涌现，目前，市场上占有率较高的贴片机有：雅马哈YV系列、西铁城A531、天龙MT 系列、松下CM95R、飞利浦ACM、卡西欧YC M系列等，种类繁多，风格各异，都是追求高速、多功能的贴装性能。

贴片机是一种涉及多学科的复杂设备，不少专家一直认为中国难以研制出自己的贴片机。

我国自1988年研制出第一台低速贴片机的样机以来，十几年过去了，仍没有开发出推向市场的商品化机型，在此方面与国外的差距巨大。

的确，从技术角度而言，我国SMT技术的发展，仅有十几年的历史；再者，由于我国基础工业相对落后，无法同工业大国相比，如果想在技术领域迅速赶上和超越国外厂商，这是一项很艰巨的任务，取得成功的可能性也很小。

但是，我国是一个电子装配大国，生产线市场很大，需要不同档次的贴片机。

我们若从研制低档的SMT贴片机入手，降低贴片机研制的难度，快速进入电子装备行业，这却是可行的。

片式元件的全球化趋势向国内电子厂商提出了使用SMT技术的要求，但纵观市场上现有的贴片机，绝大多数是高速、高精度同时也是高价格的品种，是面向实力雄厚的大电子企业集团的。

而我国大部分的中小电子企业因企业规模小，产品多样，生产批量小，组织形式复杂，他们更追求低价位、多功能和简单易用的产品，迫切希望能有适合他们生产特点的贴片机。

综合考虑自身的技术实力和我国电子企业的实际特点，在经过充分的市场调研之后，我们将自己的产品市场定位于国内中小型企业，我们的目标是：生产国内中小企业用的起、用的好的贴片机。

二、研发策略SMT贴片机实际上是一种精密的工业机器人，是机-电-光以及计算机控制技术的综合体。

它通过吸取-位移-定位-放置等功能，在不损伤元件和印制电路板的情况下，实现了将SMD元件快速而准确地贴装到PCB板所指定的焊盘位置上。

贴片机虽然品种繁多，但其基本构成如图3所示：图3 贴片机的基本构成1、系统集成的研发理念贴片机研制所涉及的知识极为广泛，包括精密机械，自动控制，机器视觉，电气工艺和软件开发等多门专业技术。

如果每一个技术点都依靠自己从头开始去研发，对于一个中型企业而言，这种铺大摊子的研发策略不论从技术上、人力上，还是从资金上、时间上都是不可能的、也是不现实的。

当然，对于技术含量较高的贴片机来说，依靠简单仿制也难以获得成功。

立足于本企业的实际情况，为了保证研发的成功率和速度，也为了能紧跟SMT的发展，确定研制适合我国企业要求的新机型。

在贴片机的研制过程中，我们在原则上是采取系统集成的研制策略。

在系统集成的研发体系中，我们一方面通过采购、引进等方式集成现有的各专业技术，另一方面集中力量研发贴片机的关键技术，形成自己的核心技术。

系统集成的方法不仅降低了研发成本，提高了速度，同时成功率也高。

采用系统集成的方法，我们将贴片机按照功能分解成不同的模块，自己开发关键技术，其它则利用现有的先进技术。

在关键技术的研发上，我们主要做了如下工作：研发先进的视觉技术，实现精确定位，减少对机械精度的要求；研究高速度、高加速度运动与贴片精度的难题，在理论与实践上找出实用的解决方法；开发图象处理的算法和软件编程；开发贴片机的系统管理平台，解决系统信息的处理和加工。

集中开发关键技术，大大节省了我们在硬件和软件两个方面的时间，降低了工作量和工作难度，从而，提高了贴片机研制的进度。

2、模块化设计在SMT2505全视觉贴片机的研制过程中，坚持系统集成的研发理念，将贴片机的整体技术难点，从学科上划分为机械、控制、视觉、软件四个部分；从功能上将贴片机分成18个功能模块，如贴装头、X-Y运动副、送料器、吸嘴等。

学科的划分，有利于明确技术人员的专业分工，功能模块的划分，则有利于对整机优化和设计改进，形成自己的核心技术。

机械模块：通过结构力学分析与计算，有限元模拟，三维仿真设计等，进行贴片机的机械本体结构设计。

SMT2505贴片机通过将精密机械与视觉系统有机结合，巧妙回避了机械加工的难度以及运动速度对贴装精度的影响，使设备能长时间高速平稳工作。

在机械设计中，重要的原器件采用知名品牌，如：精密滚珠丝杆、滚动直线导轨、专用轴承、气动元件等均采用世界著名厂商所制造的产品。

在贴片机的18个功能模块中，由十个模块组合完成送板、送料、定位、对中、检测、贴装等全部贴装动作。

在这些模块上的指定位置进行标识，机器每次开机和关机时都会自动识别标识点坐标，修正系统的初始坐标值，以保证贴片机完成精确的贴装过程。

运动控制模块：根据贴片机高速、高精度和高可靠性以及元件无损伤的贴装要求，为提高系统的可靠性，尽量减少干扰源，保证控制系统的相对稳定。

在设计控制系统时，按功能将其划分为不同的模块：三坐标控制、图像控制、LED光源控制、辅助控制部分(进板部分，送料部分)等。

SMT2505贴片机的控制系统由工业PC、运动控制卡、图像卡、I/O接口板等组成，实现了三坐标和外围I/O接口控制，保证运动的准确性和快速响应性，配合机械、视觉模块实现整机功能。

工业PC是整个控制系统的核心，实现整机数据的采集传送、数据分析处理，并向各部分发出指令，完成机械传动、图像处理及检测功能。

运动控制卡主要实现三坐标运动控制信号的采集，传送各种加工数据，动作执行指令功能等。

图像卡主要是采集和传送各种贴装元器件和PCB板上标识点的数据。

机器视觉模块：SMT2505贴片机的视觉模块主要是通过高精度的光学装置、程控的照明光源和高解析度的摄像机获取高质量的图像，然后通过高精度的算法进行快速图像处理。

通过视觉系统，不仅可以实现对元器件的自动检测、修正，同时，能够在进行贴装工作之前，对模块按程序设定的尺寸和形状参数进行标定。

SMT2505贴片机的视觉模块可以实现PCB板的定位、SMC/SMD器件的对中和检测、系统坐标的标定。

作为设备的眼睛，视觉系统从捕捉定位点（MARK）到自动计算修正贴装正确位置，起着重要作用，是提高设备准确度的核心模块。